IF:16.588|Laminins在细胞分化中的作用
1.Laminin和干细胞微环境
细胞内转录因子是干细胞分化的重要调节因子，但细胞外成分如生长因子、激素和细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）蛋白也在分化过程中起重要作用（图1）。然而，从组织中分离纯化ECM蛋白质难度极高，这阻碍了对ECM蛋白质的生物学功能以及对细胞分化机制影响的研究。
▲图1.多能性胚胎干细胞(ESCs)分化为三个生殖层和一些特殊细胞类型。
▲表1. Laminin亚型及存在组织、作用和以及缺陷造成的影响
在体内干细胞微环境（Stem Cell Niches）中，细胞位于其他hESCs或与ECM蛋白相互作用的体细胞附近，后者也可以支持细胞表型。
Laminin影响干细胞和其他细胞的机制非常复杂，但它们涉及到与相邻细胞质膜蛋白的相互作用。基于Laminin的干细胞培养分化方案，化学成分确定，无异源成分，在单细胞培养时不需要抗凋亡ROCK抑制剂，也无需经过胚状体或类器官，能够实现细胞大规模生产以及具有高度可重复性。从再生医学中产生干细胞来源的细胞用于细胞治疗的角度来看，这些尤其重要。
▲图3. 层粘连蛋白亚型在小鼠（m）ESCs和小鼠心脏发育过程中的表达（Ref 2）
3.外胚层谱系分化
②用于视网膜和神经退行性疾病的神经外胚层来源细胞
神经外胚层来源的细胞谱系，主要通过来自成纤维细胞生长因子（FGF）、骨形态发生蛋白（ΒMP）、Wnt和激活素/结节的生长因子信号通路产生视网膜RPE细胞和光感受器。对这些信号通路的理解已成功地应用于以干细胞为基础的治疗帕金森病和年龄相关性黄斑变性（ΑMD）的研究。
在神经分化培养基中，hPSCs附着在LN511和LN521上，但不附着在LN111上，促进了胚胎干细胞向中脑祖细胞的分化。多巴胺能（Dopamine，DΑ）神经元细胞在LN111上的产量比最初的研究级分化方案提高了40倍。这种方法已经被EMΑ批准用于生产GMP级hESCs用于治疗帕金森病。
目前成功促进RPE分化的方案通常是含异源动物成分，成分不明确，例如在含有明胶、胶原、Matrigel和血清的异源动物材料上进行RPE分化。而最近使用人源LN521分化RPE的方法，成功做到了无异源动物成分。目前在不同的眼球层中发现了七个Laminin亚型， LN511，LN521，LN111，LN121以及LN523，都存在于RPE层下方的Βruch膜层中。LN332，LN323和LN523出现在感光层周围的基质中。感光区人源重组LN523已被用于建立感光环境模型，全长重组人LN511可以体外扩增人角膜缘上皮祖细胞。人重组Laminin LN332促进hiPSCs向角膜上皮细胞分化。此外，全长重组LN521支持hESCs向角膜缘上皮干细胞的分化。
对非人类灵长类动物胰岛中不同Laminin亚型的筛选证实，胰岛中可能存在LN521、LN511、LN421和LN411。这些Laminin亚型是小鼠和人胰岛体外扩张和增殖的重要包被基质。
相关的人源重组Laminin（如LN521和LN411）已成功应用于原代胰岛细胞培养系统，今后的工作将探讨它们在支持hPSCs产生功能性胰腺祖细胞方面的潜力。鉴于胰岛的结构复杂，因此必须考虑将多个胰岛细胞类型整合到成分限定的3D结构中以及它们与支持微环境的相互作用。
②肝细胞分化
在人类胎儿肝脏中，主要的层粘连蛋白链除了存在于血管BM中的α4链，是α1、α3、α5、β1、β2和γ1。已有报道，LN521和LN521:LN111的组合（1:3的比例）可以促进hPSC分化为肝细胞样细胞（Hepatocyte-like Cells，hLCs），hLCs具有成熟肝细胞特征和基因表达谱。在另一项研究中，LN511:LN111（1:3）可以支持hPSCs分化为肝母细胞样细胞（Hepatoblast-like Cells）。经长期培养，这些肝母细胞样细胞能够在LN111单独作用下维持其自我更新能力，并有可能进一步分化为hLCs和胆管细胞样细胞。综上所述，上述化学成分明确和无异源系统的有希望为未来治疗慢性肝损伤的临床应用提供新的方案。
▲图4. Laminin亚型在器官发生过程中主要表达的单向发育表达谱
总结
Laminin真的是小身材大作用，既能促进hPSCs的克隆形成及扩增，又能支持干细胞分化为多种细胞类型，Laminin支持的分化方案重复性高，可建立化学成分确定，无异源动物成分体系，这是制备治疗性干细胞来源细胞的前提。
References
1. Laminins in Cellular Differentiation. Lynn et al., Trends in Cell Biology, 2019
2. In Vivo Generation of Post-infarct Human Cardiac Muscle by Laminin-Promoted Cardiovascular Progenitors. Lynn et al., Cell Reports, 2019
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